Por qué Alemania y Japón no están "locos" por la Industria 4.0

Por qué Alemania y Japón no están "locos" por la Industria 4.0

Según su popularidad, parece que la Industria 4.0 está a punto de aterrizar. ¿Qué tan lejos está de nosotros la verdadera Industria 4.0?

Para mantener su posición de liderazgo en la industria manufacturera, Alemania propuso el concepto de Industria 4.0 en 2013. Es interesante que el entusiasmo de las comunidades chinas de fabricación e inversión por la Industria 4.0 supera al de los alemanes. El año pasado, hubo discursos, foros y salones casi diarios sobre temas relacionados con la Industria 4.0 en China, y hubo una acalorada discusión sobre la Industria 4.0 tanto dentro como fuera de la industria. Según su popularidad, parece que la Industria 4.0 está a punto de aterrizar. ¿Qué tan lejos está de nosotros la verdadera Industria 4.0?

En abril de 2015, la empresa IHS encabezó una delegación de fabricación e inversión para visitar la exposición de Hannover, visitando algunas empresas alemanas representativas, como la empresa de robótica KUKA, la empresa de impresión 3D de metal EOS, BMW y algunas empresas emergentes de drones. Luego de su viaje a Europa, también participó en la exhibición Tech Frontier en Japón y visitó empresas e instituciones de investigación como AIST, Robotics Association, Hitachi, Mitsubishi y Nomura. Estas empresas y organizaciones son las principales instituciones que implementan la Industria 4.0.

Mediante una comparación de percepción, observación y experiencia, se encuentra que existen muchas similitudes en las actitudes de Alemania y Japón, dos potencias manufactureras, hacia la Industria 4.0. Nuestra comprensión de Industria 4.0 también es más clara, y no podemos mencionar que Industria 4.0 es C2B (consumidor a empresa) o C2M (cliente a fábrica). El autor registrará esto en forma de ensayo.

La fábrica digital y el hombre-máquina son aspectos destacados

La estrategia de Siemens es muy clara, y el eslogan de la exposición de Hannover es "En camino a la Industria 4.0 Impulsando la empresa digital": la Industria 4.0 tiene como objetivo lograr la automatización, la digitalización y la creación de redes.

Dicho esto, el principal avance para los alemanes son las fábricas digitales, ¿por qué no la automatización y la creación de redes?

Las empresas alemanas han alcanzado un alto nivel de automatización de la producción y, de manera similar, las empresas japonesas también han alcanzado un alto nivel de producción ajustada. Sin embargo, en comparación con los dos, Alemania no tiene una ventaja significativa. Para que las empresas alemanas tomen la delantera, deben hacer nuevos avances, mientras que la creación de redes involucra a demasiadas empresas de la cadena industrial, lo que dificulta la integración y lleva mucho tiempo. Entonces, el avance actual solo está en la fábrica digital. En la Exposición Industrial de Hanover de este año, Siemens también enfatizó que, como fábrica digital, es importante acumular servicios y conocimientos profesionales de la industria. Cada industria, e incluso cada empresa, tiene diferentes características industriales y servicios que pueden brindar, lo que significa que el camino para practicar la Industria 4.0 puede ser diferente para cada industria o incluso para cada empresa.

La fábrica digital incluye tanto la digitalización de productos, la digitalización de procesos de producción y la digitalización de todo el ciclo de vida. Siemens promueve la Industria 4.0 y no se olvidará de promover sus propios productos y soluciones de software y hardware listos para usar, que cubren un conjunto completo de soluciones de software digital desde el diseño del producto, la planificación de la producción, la ingeniería de procesos, la ejecución de la producción y los servicios. También proporciona una muestra de fábrica digital de referencia en Aberg, Alemania.

La Exposición de Hannover se divide en diferentes años. 2015 fue el gran año de la Exposición Industrial de Hannover, que incluye dos partes: automatización industrial y transmisión industrial. Las 27 salas de exposiciones están abiertas y es difícil para la gente común caminar a toda prisa por las 27 salas de exposiciones. Debido a necesidades laborales, he estado visitando Hanover casi todos los años desde 2010, básicamente completando los 27 pabellones. Muchas empresas tienen ubicaciones fijas de puestos cada año, y las exhibiciones exhibidas no muestran muchos cambios en su apariencia. Incluso la decoración y el contenido del stand son similares a años anteriores. Por un lado, indica que la industria de la automatización industrial es cada vez más madura y no ha sufrido muchos cambios. Además, también indica que para algunos componentes básicos estandarizados, la búsqueda de la excelencia es suficiente y no requiere grandes reparaciones o modificaciones.

La Sala de Exposiciones de la Fábrica Digital se estableció recién en 2012, y la Sala de Exposiciones de la Fábrica Digital en la Exposición de Hannover de este año es más grande que antes, con más expositores. Numerosas empresas de software industrial han demostrado su software y sus soluciones, como el futuro plan de fábrica de SAP, y varias empresas de la alianza Industry 4.0 también han demostrado el concepto de líneas de producción modulares.
Además de la fábrica digital, la sala de exposiciones de robots es otro punto destacado de la Exposición Industrial de Hannover de este año. Los robots más populares en la sala de exhibición de robots son los robots colaborativos exhibidos por ABB, KUKA y Fanuc.

Para la seguridad de los trabajadores, el área de trabajo de los robots industriales generales está separada de los trabajadores y los robots se mantienen en jaulas como animales salvajes. Al mismo tiempo, se han instalado muchos dispositivos de seguridad de la máquina, como relés de seguridad, alfombras de seguridad, cortinas de luz de seguridad, interruptores de parada de emergencia, etc., para evitar lesiones personales. Los robots colaborativos exhibidos en la exhibición de Hannover de este año pueden trabajar junto con los trabajadores sin necesidad de barreras de seguridad, lo que indica que las empresas participantes creen que sus robots no tienen riesgos de seguridad.

El robot KUKALBRIIWA en el sitio sirvió cerveza para la audiencia, con movimientos suaves y flexibles para sostener vasos, abrir botellas y servir cerveza, todo de una vez. El robot LBRIIWA de KUKA tiene siete ejes y es especialmente adecuado para industrias como la electrónica, la medicina y los instrumentos de precisión, que requieren alta flexibilidad, flexibilidad y precisión.

La razón por la que estos robots tienen una buena cooperación hombre-máquina es que todos los ejes de estos robots tienen funciones de detección de colisiones y sensores de torsión conjunta. Cuando se encuentra con una persona, reduce la velocidad o se detiene automáticamente, y los trabajadores pueden empujarlo fácilmente. Al instalar piezas de trabajo, también puede imitar acciones de ensamblaje humano. Puede usar una llave para abrir la puerta como un ser humano, insertar la llave en el ojo de la cerradura, girarla hacia arriba, abajo, izquierda, derecha, sentir el par de retroalimentación y encontrar un ángulo adecuado para el montaje. Además, el robot tiene un cuerpo más liviano y movimientos suaves, por lo que es menos probable que cause daño a los humanos.

KUKA, una empresa de robótica alemana, entregó el premio a la innovación de este año a los robots ReTeLINK. Este es un proyecto liderado por un equipo de investigación italiano, que establece conexiones de comunicación entre el robot LBRIIWA y un brazo robótico de exoesqueleto a través de varios sensores, como sensores de posición. Después de usar el brazo robótico de exoesqueleto, las personas pueden realizar los movimientos correspondientes a través del comando de movimiento del brazo robótico IIWA. Debido a su control bidireccional, LBRIIWA también puede comandar el movimiento de los brazos robóticos exoesqueléticos, de modo que los pacientes o aquellos con movilidad limitada puedan usar brazos exoesqueléticos y someterse a un entrenamiento de rehabilitación bajo el mando y la coordinación de IIWA.
ABB también exhibe su robot colaborativo YUMI en un stand grande, que es un robot de doble brazo con 7 ejes por brazo, movimiento flexible, amplio rango de trabajo, agilidad y autonomía precisa. YUMI está equipado con muchos productos y sensores de visión artificial, que pueden detectar y completar las acciones correspondientes al tocar pequeños componentes por sí mismos y garantizar una cierta precisión operativa (precisión de 0,02 milímetros), equivalente a la brecha más pequeña que puede sentir un ser humano. manos. Esta capacidad le permite a YuMi ensamblar fácilmente varias piezas pequeñas, lo que lo hace más adecuado para las operaciones de ensamblaje y producción de teléfonos móviles, tabletas y componentes de computadoras de escritorio.
Según un informe de investigación de IHS, más del 85 % de los robots industriales se utilizan actualmente en industrias relacionadas con la automoción, y la industria automovilística ya está madura, con un espacio de crecimiento limitado para futuras aplicaciones robóticas. En la actualidad, ABB y KUKA están impulsando vigorosamente los robots colaborativos con un enfoque en la fabricación 3C, que tiene un mayor potencial. La industria necesita aplicar más robots colaborativos.

Muchos fabricantes de robots japoneses también están exhibiendo en Hannover, incluidos Fanuc, Yaskawa, SanyoDenso y otros. En comparación con ABB y KUKA que promocionan los robots colaborativos con bombos y platillos, los robots colaborativos exhibidos por Fanuc son bastante discretos. En un stand pequeño, los robots de Fanuc son generalmente amarillos, mientras que este robot colaborativo de Fanuc es verde para mostrar la diferencia.

Además de la colaboración hombre-máquina, también existe la colaboración M2M (Machine to Machine), que autoorganiza y automatiza la producción a través de la comunicación entre robots, logrando una mayor eficiencia.
También vimos cuatro drones trabajando juntos en la exhibición, arrastrando sus redes para atrapar la pelota lanzada. La colaboración entre estas máquinas ha proporcionado hasta cierto punto conectividad inteligente.

Los robots industriales generales pertenecen a los productos de automatización de la era Industrial 3.0, y solo logran la automatización. Un robot solo puede llamarse robot inteligente si puede ejecutarse de acuerdo con procedimientos establecidos e interactuar con personas, materiales y otros dispositivos. La colaboración de robots tendrá múltiples puertos de comunicación externos para comunicarse con el mundo exterior, colaborar con humanos y lograr una producción flexible y digital.

En la Exposición Industrial de Hannover, el Instituto de Investigación Fraunhofer de Alemania tiene un enorme stand que muestra varios productos y soluciones de investigación aplicada que Fraunhofer está investigando actualmente. El Instituto de Investigación Fraunhofer tiene una gran escala, con más de 80 institutos de investigación y casi 15000 investigadores. Con sede en Múnich, es la institución de investigación científica aplicada más grande de Alemania y Europa. Cada año, completa aproximadamente 10000 proyectos de investigación y desarrollo para más de 3000 clientes corporativos, con la cooperación de grandes corporaciones multinacionales a pequeñas y medianas empresas. La financiación anual de la investigación supera los 1.000 millones de euros, de los cuales dos tercios provienen de proyectos de investigación encargados por empresas y empresas públicas, y el otro tercio proviene de los gobiernos federal y estatal.

Después de comunicarse con los expertos de Fraunhofer, se supo que en el sistema de investigación alemán, las universidades públicas y las instituciones de investigación se dedican principalmente a la investigación básica, mientras que los institutos de investigación de empresas privadas se dedican a la investigación aplicada. Pero las instituciones de investigación aplicada como Fraunhofer son un puente importante entre la investigación básica y la innovación empresarial. La implementación del proyecto de apoyo a la innovación de Fraunhofer Alliance para pequeñas y medianas empresas proporciona una plataforma pública importante para la investigación colaborativa entre la industria, la academia y la investigación. En Alemania, los investigadores también necesitan publicar artículos, pero ponen más énfasis en la investigación aplicada, lo que requiere tecnologías de aplicación que sean tanto estratégicas como alineadas con las necesidades corporativas.

La digitalización tiene un espacio de excavación profundo

El viaje posterior a Japón visitó el Instituto de Investigación de Tecnología Aplicada ASIT (en adelante, el Instituto de Investigación de Tecnología e Industria Integrada), que es el instituto de investigación nacional más grande y representativo de Japón, muy similar al Instituto de Investigación Fraunhofer. También hay muchas instituciones de investigación bajo la jurisdicción de Industrial Comprehensive Research, ubicadas en todo Japón, con sucursales en muchos lugares como Tokio, Osaka y Tsukuba. Tiene 5 departamentos principales (energía y medio ambiente, vida y biociencia, ciencias de la información, materiales y química, electrónica y fabricación, estudios geológicos, estándares de metrología), 2 centros, 10 bases de investigación y casi 3000 investigadores.

Los institutos de investigación en Japón incluyen principalmente institutos de investigación nacionales y públicos (como el Instituto de Investigación de Tecnología Integral Industrial y el Instituto de Física y Química, que son representantes típicos), institutos de investigación de personas jurídicas especiales, así como personas jurídicas de consorcios y asociaciones, e institutos de investigación de la empresa privada. Antes y después de 2000, el gobierno japonés transformó los institutos de investigación que originalmente estaban afiliados a varios departamentos provinciales en entidades legales independientes. El director del instituto de investigación fue designado directamente por el gobierno y todo el personal fue contratado. Se implementó un sistema de personas jurídicas independientes, que no solo otorgaba a las universidades e instituciones de investigación un mayor poder administrativo, sino que también requería que estas personas jurídicas independientes prepararan presupuestos de pérdidas y ganancias y evaluaran el desempeño operativo, promoviendo así la movilidad y la reestructuración del personal. Aprovechar al máximo los beneficios de investigación científica. El cuerpo principal de la fuerza de investigación científica de Japón proviene de las empresas, y la inversión anual en I+D de las empresas representa aproximadamente el 80% de los fondos de I+D (Investigación y Desarrollo Experimental) de Japón, y la gran mayoría proviene de grandes empresas.

Cuando visité Japón por primera vez, escuché el término "investigación intrínseca", que se refiere a la expansión continua desde la investigación básica hasta la comercialización del producto. Los resultados obtenidos a través de la investigación básica son ordenados, integrados, integrados, superpuestos, cruzados y aplicados a diferentes campos para desarrollar tecnologías de sistemas y aplicaciones adecuadas para la operación empresarial, eliminando la brecha entre la investigación básica y la investigación aplicada, Fraunhofer de Alemania y ASIT de A Japón le ha ido bien en este sentido, y realizar investigaciones científicas no se trata solo de publicar artículos.

El profesor Shimaru Zhengming del Centro de Investigación Humana Digital de Investigación Integral e Industrial me recibió calurosamente. El profesor Shimaru dio una breve explicación de su investigación, afirmando que los humanos son un elemento muy importante en los sistemas y productos industriales. Por ejemplo, la función de un automóvil es transportar personas o cosas, y al mismo tiempo, el automóvil también es controlado por personas. Un automóvil de conducción normal es un sistema compuesto por máquinas y personas. Los seres humanos han adquirido una comprensión profunda de la forma, los materiales y las funciones de las piezas de automóviles, e incluso han establecido modelos digitales para automóviles. Pero en este sistema humano-máquina, sabemos muy poco acerca de las personas, y no comprendemos mucho el papel de las personas complejas en este sistema humano-máquina. Las personas se han convertido en el eslabón más débil de este sistema.

La tarea que debe realizar el profesor Jimaru es digitalizar el cuerpo humano, establecer un modelo digital para las personas y luego analizar, simular e incluso predecir la función y el comportamiento del cuerpo humano en función de la descripción de este modelo.

El método original de modelar humanos consistía en colocar marcadores en la superficie del cuerpo humano y construir el modelo humano completo modelando estos marcadores. El nuevo método del profesor Jimaru no requiere etiquetado y establece directamente un modelo digital completo del cuerpo humano al capturar imágenes de video, ángulos de movimiento de las articulaciones y posiciones relativas del cuerpo humano. En la actualidad, el modelo digital del cuerpo humano del profesor Takemaru se ha aplicado a pruebas de colisión de automóviles en fábricas de automóviles japonesas, diseño de calzado deportivo por parte de empresas de consumo, diseño de juegos por parte de empresas de juegos, diseño de robots de servicio como robots de exoesqueleto y robots de rehabilitación médica, así como así como la aplicación de la realidad virtual.

El profesor Jimaru divide la digitalización del cuerpo humano en tres dimensiones. La primera dimensión es la medición precisa del cuerpo humano, incluido el tamaño físico, la captura de movimiento, la medición de la forma, el análisis de la expresión facial y la interferencia del movimiento. El otro es el lenguaje corporal humano y las expresiones faciales durante la comunicación interpersonal en el mundo real virtual. Así que la segunda dimensión es el modelado digital. Finalmente, los humanos virtuales también necesitan expresar información al mundo real a través de modelos digitales, ya sea a través del habla, imágenes, extremidades o expresiones faciales, todo necesita ser modelado, que es la tercera dimensión de la digitalización humana.

La definición estrecha de Industria 4.0 se centra principalmente en los sistemas de producción, y sus tres integraciones principales incluyen la automatización, la digitalización y la creación de redes de procesos de producción. La definición amplia de Industria 4.0 incluye la digitalización y la creación de redes de todo el ecosistema, y ​​la extensión de este sistema se extiende al Internet de las cosas y las redes de servicios. Industry 4.0 e Industrial Internet siempre han enfatizado el Internet de las Cosas, M2M y la cooperación humano-computadora. La investigación del profesor Zhiwan sobre la digitalización del cuerpo humano en realidad abre una ventana para integrar el elemento importante del ser humano en la Industria 4.0.

La actitud de la mayoría de las empresas en Alemania y Japón

Los diez principales socios comerciales de Alemania, excepto Estados Unidos y China, son todos países europeos, y China y Estados Unidos juntos representan solo el 15 %. En comparación con el comercio entre los estados miembros de la UE y los estados no miembros, las transacciones entre los estados miembros de la UE tienen condiciones más favorables. De 2002 a 2012, Alemania fue el mayor beneficiario y contribuyente a la integración económica de la UE. Los principales socios comerciales de exportación de Japón se concentran en la región de Asia Pacífico, lo que también indica que la economía regional tiene un impacto significativo en las exportaciones nacionales.

Además de la integración económica regional, Alemania y Japón compiten más que cooperan porque Japón es solo el 17º destino de exportación más grande de Alemania, mientras que Alemania es solo el 8º destino de exportación más grande de Japón, representando solo el 2,7%.

Específicamente, en la industria manufacturera, Japón y Alemania compiten ampliamente en industrias tales como automóviles, productos químicos, materiales básicos y acero; En términos de equipos mecánicos, Alemania y Japón compiten directamente con máquinas herramienta CNC, maquinaria de embalaje, máquinas de moldeo por inyección, robots, maquinaria de construcción y maquinaria alimentaria; En términos de productos de automatización, existe una competencia integral, que incluye PLC (controlador lógico programable), conversión de frecuencia, motor, servo, reductor y otros productos; Desde la perspectiva de los semiconductores, también existe una competencia importante en los componentes de potencia y los chips de control.

La industria manufacturera japonesa está relativamente tranquila sobre el concepto de Industria alemana 4.0, y actualmente es solo investigación y no ha sido tan grandiosa como China. Aunque Japón tiene su propio 4.1J industrial, es una organización no gubernamental con influencia limitada.

Las grandes empresas, las empresas de software, las universidades y los institutos de investigación de Alemania están proponiendo más la Industria 4.0, mientras que las pequeñas y medianas empresas, especialmente algunos fabricantes de componentes básicos de automatización, aún se encuentran en la etapa de aprendizaje y exploración de la Industria 4.0. En los foros de Sudtec en Stuttgart y CWIEME en Berlín, cuando los expertos de Fraunhofer, Smartfactory Association y ZVEI Electrical and Electronics Association hablaron sobre Industria 4.0, hubo pocos oyentes en el gran lugar, pero cuando los expertos hablaron sobre industrias y productos específicos, el foro se llenó instantáneamente. Las pequeñas y medianas empresas que producen componentes de apoyo pueden no estar muy interesadas en el gran concepto de Industria 4.0 y centrarse más en sus propias ventas de productos y mercados industriales.

German Mittelstand es relativamente activo en varios campos industriales, con más del 99% de las empresas alemanas pertenecientes a pequeñas y medianas empresas. Muchas pequeñas y medianas empresas en Alemania son propiedad de familias o están dirigidas por ellas, con el objetivo de establecer una tienda centenaria. Actúan con cautela y rara vez piden prestado para pasarlo de generación en generación. Los pares alemanes no se involucran en una competencia feroz en términos de precio. O construyen sus propias ventajas competitivas en industrias segmentadas o compiten en calidad e innovación de productos.

La estandarización y la modularización son conceptos importantes en la Industria 4.0. Para estas pequeñas y medianas empresas que solo producen componentes de soporte y son proveedores de productos estandarizados o modulares en la Industria 4.0, una buena estrategia es centrarse en hacer bien sus propios productos, seguir el desarrollo de la Industria 4.0 e integrarlos en la sistema general de Industria 4.0 en el momento adecuado. Por lo tanto, la mayoría de las empresas alemanas son un poco cautelosas con el concepto de Industria 4.0.

En el modelo de ecosistema empresarial japonés, las grandes empresas o empresas matrices desempeñan el papel principal, mientras que las empresas subsidiarias o nietas siguen a las grandes empresas para apoyarlas. La empresa y el grupo bancario tienen una estrecha relación, ligada entre sí a través de una compleja participación cruzada; Debido a la estrecha relación entre los bancos y otras empresas industriales y comerciales, los administradores de las empresas están protegidos, lo que les permite realizar inversiones a largo plazo sin ser influenciados por los accionistas. Las grandes empresas y las pequeñas y medianas empresas han formado una estructura de grupo corporativo cerrado. Las pequeñas empresas japonesas abastecen principalmente a las grandes empresas y dependen de varios clientes importantes, lo que dificulta que los pequeños fabricantes japoneses generen sus propias ideas en materia de innovación.

A través de la comunicación, hemos descubierto que las empresas de Alemania y Japón están significativamente menos entusiasmadas con la Industria 4.0 que las empresas chinas, y su enfoque sigue siendo mejorar su competitividad tradicional.

Sin embargo, las acaloradas discusiones entre el pueblo chino no son innecesarias. Es precisamente a raíz de estas discusiones y debates que el concepto de Industria 4.0 se ha hecho cada vez más abundante, e incluso a su vez ha mejorado el sistema teórico y los casos prácticos de la Industria 4.0 en Alemania. Por ejemplo, el modelo Qingdao Red Collar C2M y el modelo de pirámide invertida de Qingdao Haier han llamado mucho la atención de los alemanes. Algunas grandes empresas en China, como la empresa de fabricación de procesos Baosteel y la empresa de fabricación discreta Huawei, incluso comenzaron la práctica de la fabricación inteligente antes de que se propusiera el concepto de Industria 4.0.